[发明专利]Tb3-xPrxNbO7-沸石复合多孔纳米催化材料的制备及应用

说明书

本发明通过固相反应‑流变相法制备新型粉末催化材料Tb_3‑xPr_xNbO₇(0.5≤x≤1)；采用直接复合煅烧法制备Tb_3‑xPr_xNbO₇(0.5≤x≤1)‑沸石复合多孔纳米催化材料，沸石粒径为0.06‑2微米，Tb_3‑xPr_xNbO₇(0.5≤x≤1)包裹后粒径为0.09‑1.3微米；利用直接溶胶凝胶法制备光电极Tb_3‑xPr_xNbO₇(0.5≤x≤1)。在上述材料应用中，通过光源和光催化材料构成的反应系统降解废水中的有机污染物毒死蜱、亚甲基蓝、磺胺甲恶唑等，光源为氙灯，安装截止滤光片(λ＞420nm)，采用磁力搅拌，使光催化剂均匀分布在水溶液内，并同时采用充氧曝气；整个光照反应在密闭不透光的环境下进行。此外，使用Tb_3‑xPr_xNbO₇(0.5≤x≤1)粉末为催化剂，或分别负载Pt、NiO和RuO₂辅助催化剂，光源为氙灯或高压汞灯，在密闭的由多个阀门控制的玻璃管路内部照明反应器内进行分解水制取氢气。

技术领域

发明涉及两种光催化剂及一种光电极、制备及应用，尤其粉末催化材料Tb_3-xPr_xNbO₇(0.5≤x≤1)、“Tb_3-xPr_xNbO₇-沸石复合多孔纳米催化材料(0.5≤x≤1)，及Tb_3-xPr_xNbO₇新型光电极，制备工艺，经光催化去除水体中的有机污染物的应用，及光催化分解水制取氢气的应用。

背景技术

在21世纪人类科学技术高速发展的今天，环境污染和能源危机成为阻碍世界经济发展的两大主要问题。随着工业的不断发展，环境污染日益严重，人们对环境的要求不断提高，传统处理工艺中的物理方法、生物方法往往不能得到满意的结果。充分利用新能源(例如太阳能)解决目前全球性的能源和环境问题越来越受重视。光催化氧化技术是近20年才出现的水处理新技术。它起源于出现能源危机的上世纪七十年代。 1972年日本的Fujishima和Honda发现氧化钛单晶电极光解水生成氢气以来，多相-光催化氧化技术引起广泛的兴趣。光催化氧化法在环境保护上的应用已引起世界各国高度重视，我国在这方面也加强了投资力度。近几年来，光催化氧化法以成本低、无二次污染的突出优点，已得到人们的普通认可。选择高效的催化剂，摸索最佳的操作参数，寻求最佳的解决方案，提高污水中有机物的分解率是我们研究的目的，其环境污染处理方面的应用潜力是巨大的。

TiO₂是研究中最为广泛的单一化合物光催化剂，其具有高光电转化效率、化学稳定性高、耐腐蚀、成本低等特点而备受青睐，被广泛应用于光催化、太阳能利用等现代科学技术领域。然而TiO₂有着较大的能带宽度(3.2eV)，只能吸收波长小于387.5nm的紫外光，而紫外光在太阳光中所占的比重约为2％，对可见光的响应很弱，这在很大程度上限制了TiO₂的应用。并且，TiO₂吸收紫外光产生的光生空穴和光生电子很容易复合，这进一步限制了TiO₂的运用。